DE1551615C3

DE1551615C3 - System for liquefying a gas that condenses at a very low temperature

Info

Publication number: DE1551615C3
Application number: DE19671551615
Authority: DE
Inventors: Gerardus Johannes Eindhoven Haarhuis (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-01-12
Filing date: 1967-11-30
Publication date: 1976-12-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Verflüssigen eines bei sehr niedriger Temperatur kondensierenden Gases, wie Helium oder Wasserstoff, mit einem in einer ein Gasumlaufsystem bildenden ersten Leitung aufgenommenen Kompressor, dessen Hochdruckausgang sich über mehrere Kühlvorrichtungen und mehrere Wärmetauscher, in denen das Gas unterhalb der entsprechenden Inversionstemperatur abgekühlt wird, an den Einlaß mindestens einer Expansionsvorrichtung anschließt, die mit einem Auffangbehälter für kondensiertes Gas verbunden ist. dessen Dampfraum über die Wärmetauscher mit der Saugseite des Kompressors in Verbindung steht, welche Anlage weiter eine zweite Leitung für die Zufuhr von zu kondensierendem Gas enthält, die an einem Ende an eine Quelle von nicht vorgereingitem Gas und am anderen Ende an die erste Leitung angeschlossen ist, wobei die zweite Leitung mindestens eine Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus dem Gas enthält.The invention relates to a system for liquefying a condensing material at a very low temperature Gas, such as helium or hydrogen, taken up with a first line forming a gas circulation system Compressor, the high pressure output of which extends over several cooling devices and several Heat exchangers in which the gas is cooled below the corresponding inversion temperature connects the inlet of at least one expansion device with a collecting tank for condensed Gas is connected. its vapor space via the heat exchanger with the suction side of the compressor in Connection is, which plant further a second line for the supply of gas to be condensed containing, at one end to a source of unpredited gas and at the other end to the first Line is connected, the second line having at least one device for removing contaminants contains from the gas.

Eine Anlage dieser Art ist aus der US-PS 32 50 079 bekannt.A system of this type is known from US Pat. No. 3,250,079.

Bei dieser bekannten Anlage ist die zweite Leitung unmittelbar an die Saugseite des Kompressors angeschlossen und enthält nur eine auf der Temperatur von flüssigem Stickstoff arbeitende Vorrichtung zum Reinigen des von der Quelle gelieferten Gases, während die übrigen erforderlichen Reinigungsvorrichtungen im Hochdruckteil der ersten Leitung angeordnet sind.In this known system, the second line is connected directly to the suction side of the compressor and contains only a device for cleaning that works at the temperature of liquid nitrogen of the gas supplied by the source, while the other necessary cleaning devices in the High pressure part of the first line are arranged.

Ein Nachteil dieser Anlage, bei der sowohl der umlaufende als auch der zu kondensierende, verunreinigte Gasstrom an den Hochdruckteil der ersten Leitung geführt wird, ist, daß wegen des großen Volumenstroms im Hochdruckteil die in diesen Teil aufgenommenen Vorrichtungen zum Entfernen der Verunreinigungen groß bemessen sein müssen.A disadvantage of this system in which both the circulating and the one to be condensed contaminated Gas flow is led to the high pressure part of the first line is that because of the large volume flow in the high-pressure part, the devices for removing the impurities, which are included in this part must be large.

Der Reinigungsgrad wird beeinträchtigt, da das verunreinigte Gas mit reinem Gas »verdünnt« wird.The degree of purification is impaired as the contaminated gas is "diluted" with pure gas.

Wegen des verhältnismäßig großen Gasstromes durch den Hochdruckteil und des kleinen Gasstromes durch den Niederdruckteil der ersten Leitung wird der Wirkungsgrad der in den beiden Teilen aufgenommenen Wärmetauscher beeinträchtigt.Because of the relatively large gas flow through the high pressure part and the small gas flow the low pressure part of the first line increases the efficiency of the two parts Heat exchanger impaired.

Die Erfindung bezweckt, eine Anlage zu schaffen, bei der die erwähnten Nachteile behoben sind.The aim of the invention is to create a system in which the disadvantages mentioned are eliminated.

Dies wird dadurch erreicht, daß die zweite Leitung über die Wärmetauscher führt und unmittelbar vor der Expansionsvorrichtung in die erste Leitung mündet.This is achieved in that the second line leads over the heat exchanger and immediately before the Expansion device opens into the first line.

Auf diese Weise wird eine Anlage mit hohem Gesamtwirkungsgrad erhalten, bei der Reinigungsvorrichtung kleiner Abmessungen verwendbar und nur in der zweiten Leitung anzuordnen sind.In this way, a system with a high overall efficiency is obtained with the cleaning device small dimensions can be used and are only to be arranged in the second line.

Eine günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage weist das Kennzeichen auf, daß die Expansionsvorrichtung in an sich bekannter Weise aus einemA favorable embodiment of the system according to the invention is characterized in that the expansion device in a manner known per se from one

Ejektor besteht, dessen Saugseite mit dem Dampfraum des Auffangbehälters verbunden ist, und dessen Abfuhrleitung einerseits über die Wärmetauscher an die Saugseite des Kompressors und andererseits über eine Drosselvorrichtung an den Auffangbehälter angeschlossen ist.There is an ejector, the suction side of which is connected to the vapor space of the collecting container, and its discharge line on the one hand via the heat exchanger to the suction side of the compressor and on the other hand via a Throttle device connected to the collecting container is.

Die Anwendung eines Ejektors in einer Verflüssigungsanlage ist an sich aus der GB-PS 9 87 569 bekannt. The use of an ejector in a liquefaction plant is known per se from GB-PS 9 87 569.

Eine weitere günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage hat das Kennzeichen, daß die in einem vakuumisolierten Behälter angeordnete Drosselvorrichtung über eine Leitung mit dem außerhalb des vakuumisolierten Behälters angeordneten Auffangbehälter in Verbindung steht, dessen Dampfraum durch eine die Leitung umgebende weitere Leitung mit der Saugseite des gleichfalls im vakuumisolierten Behälter angeordneten Ejektors in Verbindung steht.Another favorable embodiment of the system according to the invention is characterized in that the in a vacuum-insulated container arranged throttle device via a line to the outside of the Vacuum-insulated container arranged collecting container is in connection, the vapor space through another line surrounding the line with the suction side of the also in the vacuum-insulated container arranged ejector is in communication.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß in den beiden Leitungen der gleiche niedrige Druck vorherrscht, so daß die Konstruktion leicht und einfach sein kann.This embodiment has the advantage that the same low pressure prevails in the two lines, so that the construction can be light and simple.

Eine weitere günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage weist das Kennzeichen auf, daß das dem Auffangbehälter zugewandte Ende der Leitung aus der weiteren Leitung herausragt, und das Ende der weiteren Leitung ein mit Öffnungen versehenes Endstück trägt, über welche Öffnungen die weitere Leitung in den Auffangbehälter mündet, wobei über das Endstück ein die beiden Leitungen umgebendes Rohr axial bewegbar ist, welches Rohr an einem Ende mit einer Klappe zum Sperren der Leitung versehen ist, und gegenüber den öffnungen im Endstück ein ringförmiges, im Querschnitt U-förmiges Element angeordnet ist, daß die öffnungen sperren kann, und zwischen der Klappe und dem ringförmigen Element eine Druckfeder vorhanden, sowie das Rohr mit Nocken versehen ist, die mit axialem Spiel in die U-förmige Ausnehmung des ringförmigen Elementes aufgenommen sind, und welches Rohr Öffnungen hat, die derart angeordnet sind, daß sie durch das Endstück gesperrt sind, wenn das Rohr die Lage einnimmt, in der die Klappe die Leitung verschließt, während sie freigegeben werden, wenn die Klappe die dritte Leitung feigibt, und das an- ■-dere Ende des Rohres mit der bewegbaren Seite eines außerhalb des Auffangbehälters liegenden Balgens verbunden ist, dessen Innenraum über eine Leitung und einen Dreiwegverschluß mit der Saugseite des Kompressors oder mit der Atmosphäre verbindbar ist.Another favorable embodiment of the system according to the invention is characterized in that the end of the line facing the collecting container protrudes from the further line, and the end of the further line carries an end piece provided with openings, through which openings the further line opens into the collecting container, wherein a tube surrounding the two lines is axially movable via the end piece, which tube is provided at one end with a flap to block the line, and opposite the openings in the end piece an annular element with a U-shaped cross-section is arranged that the openings can lock, and between the flap and the annular element there is a compression spring, and the tube is provided with cams which are received with axial play in the U-shaped recess of the annular element, and which tube has openings which are arranged in such a way that they are blocked by the end piece when the tube assumes the position in d it closes the duct, the flap, as they are released when the flap feigibt the third line, and the arrival ■ - wider end of the tube with the movable side of an out of the collecting container bellows is connected, the interior of a via a line and Three-way closure can be connected to the suction side of the compressor or to the atmosphere.

Auf diese Weise wird eine effektive Klappenbetäti- 5" gung für die beiden Leitungen erzielt. Wenn der Balgen mit der freien Luft in Verbindung gebracht wird, werden die Leitungen geschlossen und wenn der Balgen mit der Saugleitung verbunden wird, öffnen sich die Klappen.In this way, effective flap actuation is achieved. achieved for the two lines. When the bellows is brought into contact with the open air, it becomes the lines are closed and when the bellows is connected to the suction line, the Succeed.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine Vorrichtung zum Verflüssigen vonHelium darstellt In der Figur bezeichnet 1 einen Kompressor, dessen Ablaß 2 für komprimiertes Helium sich durch einen Kühler 3 an einen ersten Warmetauscher 4 anschließt Nach dem Wärmetauscher 4 fließt das komprimierte Helium durch die Leitung 5 zu einem Wärmetauscher 6, wo es mit der kalten Wand eines ersten Expansionsraumes 7 einer ersten Kaltgas-Kühlmaschine 8 in thermischer Berührung ist. In dem Expansionsraum 7 herrscht z. B. eine Temperatur von 100° K vor. Nach dem Wärmetauscher 6 fließt das Helium durch eine Leitung 9 zum Wärmetauscher 10.The invention is explained in more detail with reference to the drawing explains schematically a device for liquefying vonHelium represents In the figure, 1 denotes a compressor, the outlet 2 for compressed Helium passes through a cooler 3 to a first heat exchanger 4 connects After the heat exchanger 4, the compressed helium flows through the line 5 a heat exchanger 6, where it connects to the cold wall of a first expansion space 7 of a first cold gas cooling machine 8 is in thermal contact. In the expansion space 7 there is, for. B. a temperature of 100 ° K before. After the heat exchanger 6, the helium flows through a line 9 to the heat exchanger 10.

Durch die Leitung 11 fließt das Gas zu einem Wärmetauscher 12, wo das Hochdruckhelium mit der kalten Wand eines ersten Expansionsraums 13 einer zweiten Kaitgas-Kühlmaschine 14 in thermischer Berührung ist. Im Expansionsraum 13 stellt sich im Betrieb eine Temperatur von etwa 65° K ein. Nach dem Wärmetauscher 12 fließt das Hochdruckhelium durch eine Leitung 15 zum Wärmetauscher 16. Danach fließt das Hochdruckhelium durch eine Leitung 17 zu einem Wärmetauscher 18, wo es mit dem zweiten Expansionsraum 19 der Kaltgas-Kühlmaschine 8 in thermischer Berührung ist. In diesem zweiten Expansionsraum 19 stellt sich im Betrieb eine Temperatur von etwa 27° K ein. Nach dem Wärmetauscher 18 fließt das Hochdruckhelium durch eine Leitung 20 zu einem Wärmetauscher 21, worauf es durch eine Leitung 22 zu einem Wärmetauscher 23 fließt, wo es mit der kalten Wand des zweiten Expansionsraums 24 der zweiten Kaltgas-Kühlmaschine 14 in thermischer Berührung ist. Im zweiten Expansionsraum 24 stellt sich im Betrieb eine Temperatur von etwa 16° K ein. Nach dem Wärmetauscher 23 fließt das Hochdruckhelium durch eine Leitung 25 zu einem Wärmetauscher 26.The gas flows through line 11 to a heat exchanger 12, where the high pressure helium with the cold wall of a first expansion space 13 of a second Kaitgas cooling machine 14 is in thermal contact. A temperature is established in the expansion space 13 during operation of about 65 ° K. After the heat exchanger 12, the high-pressure helium flows through a line 15 to the heat exchanger 16. The high pressure helium then flows through a line 17 to a heat exchanger 18, where it is in thermal contact with the second expansion space 19 of the cold gas cooling machine 8. In this second expansion space 19, a temperature of approximately 27 ° K is established during operation. After Heat exchanger 18, the high pressure helium flows through a line 20 to a heat exchanger 21, whereupon it flows through a line 22 to a heat exchanger 23, where it meets the cold wall of the second expansion space 24 of the second cold gas cooling machine 14 is in thermal contact. In the second expansion room 24 a temperature of around 16 ° K is reached during operation. After the heat exchanger 23 the flows High pressure helium through line 25 to heat exchanger 26.

Die Anlage enthält weiter eine Zufuhrleitung 30 für das zu kondensierende Helium, die durch ein Reduziergerät 27 an eine Anzahl von Gasbehältern 31 angeschlossen ist, wobei in der Zufuhrleitung 30 ein Druck vorherrscht, der dem Druck am Ablaß 2 des Kompressors 1 entspricht. Die Zufuhrleitung 30 schließt sich durch die Wärmetauscher 4, 10, 16, 21 und 26 an der Stelle 32 an eine Leitung 33 an, durch welche das von dem Kompressor stammende Hochdruckhelium den Wärmetauscher 26 verläßt. Von der Steile 32 wird der kombinierte Gasstrom durch eine Leitung 34 der Hochdruckeinlaßseite eines Ejektors 36 zugeführt. Im Ejektor 36 expandiert das Helium. Der Ausgang des Ejektors schließt sich an eine Leitung 37 an. An der Stelle 38 teilt sich die Leitung 37 in eine Leitung 39, die durch die Wärmeaustauscher 26, 21, 16,10 und 4 an die Saugseite 40 des Kompressors 1 anschließt, und in eine Leitung 41, an die sich eine Drosselvorrichtung 42 anschließt. Der'Ausgang der Drosselvorrichtung schließt sich durch eine Leitung 43 an einen Auffangbehälter 45 an. Der Dampfraum dieses Behälters ist durch eine Leitung 46 mit der Saugseite 47 des Ejektors 36 in Verbindung. Die Zufuhrleitung 30 des zu kondensierenden Heliums enthält zwischen den Wärmetauschern 10 und 16 eine Luftabscheidevorrichtung; Luft ist die Verunreingigung, die mit der höchsten Konzentration im Helium vorhanden ist. Diese Abscheidevorrichtung besteht aus einer Flüssigkeitsabtrennvorrichtung 50 für die kondensierte Luft und zwei umschaltbaren Adsorbern 51 und 52 für noch nicht kondensierte Luft. Auch zwischen den Wärmetauschern 4 und 10 ist eine Abscheidevorrichtung 53 vorgesehen, um in dem zu kondensierenden Helium vorhandes Wasser und die Kohlensäure abzutrennen. Die Zufuhrleitung 30 enthält weiter noch einen Adsorber 29, in dem im wesentlichen Wasser aus dem Gasstrom entfernt wird. Auch das Leitungssystem für das vom Kompressor 1 stammende Hochdruckgas enthält eine Abscheidevorrichtung 54, um etwaige beim Anlassen im Gas vorhandene Verunreinigungen zurückzuhalten. Zwischen den Wärmetauschern 21 und 26 befindet sich in der Zufuhrleitung 30 für das zu kondensierende Gas eine Abscheidevorrichtung 55 für Wasserstoff und Neon.The system also contains a supply line 30 for the helium to be condensed, which is fed through a reducing device 27 is connected to a number of gas containers 31, with a pressure in the supply line 30 prevails, which corresponds to the pressure at the outlet 2 of the compressor 1. The supply line 30 closes through the heat exchangers 4, 10, 16, 21 and 26 at the point 32 to a line 33 through which the from High pressure helium originating from the compressor leaves the heat exchanger 26. From the steep 32 is the combined gas stream is fed through line 34 to the high pressure inlet side of an ejector 36. in the Ejector 36 expands the helium. The outlet of the ejector connects to a line 37. At the Point 38 divides the line 37 into a line 39, which through the heat exchangers 26, 21, 16,10 and 4 to the Suction side 40 of the compressor 1 connects, and in a line 41 to which a throttle device 42 connects. The outlet of the throttle device closes through a line 43 to a collecting container 45 on. The vapor space of this container is connected to the suction side 47 of the ejector 36 by a line 46. The supply line 30 of the helium to be condensed contains between the heat exchangers 10 and 16, an air separator; Air is the pollutant with the highest concentration in helium is available. This separation device consists of a liquid separation device 50 for the condensed air and two switchable adsorbers 51 and 52 for not yet condensed air. Also between the heat exchangers 4 and 10, a separation device 53 is provided in order to be condensed in the Separate the water present in helium and the carbonic acid. The supply line 30 contains furthermore an adsorber 29, in which essentially water is removed from the gas stream. The line system too for the high pressure gas coming from the compressor 1 contains a separation device 54, in order to hold back any impurities present in the gas during tempering. Between the heat exchangers 21 and 26 there is a separation device in the supply line 30 for the gas to be condensed 55 for hydrogen and neon.

Die Wärmetauscher 4, 10, 16, 21, 26, der Ejektor 36 und die Abscheidevorrichtungen 50, 53, 54, und 55 sindThe heat exchangers 4, 10, 16, 21, 26, the ejector 36 and the separation devices 50, 53, 54, and 55 are

in einem vakuumisolierten Behälter 60 untergebracht. Die Flüssigkeitsabtrennvorrichtung 50 ist mit einer Flüssigkeitsabfuhrleitung 70 versehen, die durch den Deckel des Behälters 60 geführt ist und durch ein Verschlußglied 71 in die freie Luft mündet. Der Wendel 72 der Abfuhrleitung 70 zwischen der Wand des Behälters 60 und dem Verschlußglied 71 hat eine solche Länge, daß der Wärmetausch mit der Umgebung ausreichend ist, um die flüssige Luft zu verdampfen und bis zur Zimmertemperatur zu erwärmen, bevor sie das Verschlußglied 71 erreicht.housed in a vacuum-insulated container 60. The liquid separation device 50 is provided with a Liquid discharge line 70 is provided, which is guided through the lid of the container 60 and through a closure member 71 opens into the open air. The helix 72 of the discharge line 70 between the wall of the container 60 and the closure member 71 has such a length that the heat exchange with the environment is sufficient is to evaporate the liquid air and to warm it up to room temperature before it leaves the closure member 71 reached.

Die Wirkungsweise dieser Anlage ist folgende:
Der Kompressor 1 komprimiert das Helium bis zu einem bestimmten Druck. Dieses Helium fließt durch den Wärmetauscher 4, wo es gegen einen Strom expandierten Heliums abgekühlt wird; darauf fließt das Helium zum Wärmetauscher 6, wo es durch Wärmetausch mit dem Expansionsraum 7 der ersten Kaltgas-Kühlmaschine 8 weiter abgekühlt wird. Das abgekühlte Helium, das eine Temperatur von nahezu 100° K hat, fließt darauf durch den Wärmetauscher 10, wo es gegen den Strom expandierten Heliums abgekühlt wird. Es fließt dann zum Wärmetauscher 12, wo es mit dem Expansionsraum 13 der zweiten Kaltgas-Kühlmaschine 14 in thermischer Berührung ist. Im Wärmetauscher 12 wird das Hochdruckhelium auf etwa 65° K abgekühlt, worauf es dem Wärmetauscher 16 zufließt, wo es weiter gegen einen Strom expandierten Heliums abgekühlt wird. Nach dem Wärmetauscher 16 wird das Hochdruckhelium dem Wärmetauscher 18 zugeführt, wo es mit dem Expansionsraum 19 der Kaltgas-Kühlmaschine 8 in thermischer Berührung ist, so daß es auf etwa 27° K abgekühlt wird. Das Helium durchfließt dann den Wärmetauscher 21, wo es gegen den Strom expandierten Heliums weiter abgekühlt wird. Es wird dann dem Wärmetauscher 23 zugeführt, wo es mit dem zweiten Expansionsraum 24 der Kaltgas-Kühlmaschine 14 in thermischer Berührung ist, so daß es auf etwa 16° K abgekühlt wird. Das Hochdruckhelium durchfließt dann noch den Wärmetauscher 26. Das zu kondensierende Helium wird direkt ohne Vorreinigung von den Gasbehältern 31 mit nahezu dem gleichen Druck geliefert wie der Heliumdruck am Ablaß 2 des Kompressors 1. Es strömt durch die Zufuhrleitung 30, die Wärmetauscher 4,10,16,21 und 26 und wird auf die gleiche Temperatur abgekühlt wie das Hochdruckhelium des Kompressors. Verunreinigungen im zugeführten Helium werden in den Abscheidevorrichtungen 53, 50, 51 bzw. 52 und 55 abgetrennt.The mode of operation of this system is as follows:
The compressor 1 compresses the helium up to a certain pressure. This helium flows through the heat exchanger 4, where it is cooled against a flow of expanded helium; The helium then flows to the heat exchanger 6, where it is further cooled by exchanging heat with the expansion space 7 of the first cold gas cooling machine 8. The cooled helium, which has a temperature of almost 100 ° K, then flows through the heat exchanger 10, where it is cooled against the flow of expanded helium. It then flows to the heat exchanger 12, where it is in thermal contact with the expansion space 13 of the second cold gas cooling machine 14. In the heat exchanger 12, the high-pressure helium is cooled to about 65 ° K, whereupon it flows to the heat exchanger 16, where it is cooled further against a flow of expanded helium. After the heat exchanger 16, the high-pressure helium is fed to the heat exchanger 18, where it is in thermal contact with the expansion space 19 of the cold gas cooling machine 8, so that it is cooled to about 27 ° K. The helium then flows through the heat exchanger 21, where it is further cooled against the flow of expanded helium. It is then fed to the heat exchanger 23, where it is in thermal contact with the second expansion space 24 of the cold gas cooling machine 14, so that it is cooled to about 16 ° K. The high-pressure helium then flows through the heat exchanger 26. The helium to be condensed is supplied directly, without pre-cleaning, from the gas containers 31 at almost the same pressure as the helium pressure at the outlet 2 of the compressor 1. It flows through the supply line 30, the heat exchangers 4, 10, 16, 21 and 26 and is cooled to the same temperature as the high pressure helium of the compressor. Impurities in the supplied helium are separated in the separation devices 53, 50, 51 or 52 and 55.

Etwaige im Helium vorhandene Kohlensäure wird im Adsorber 53 abgetrennt. Im Helium vorhandene Luft wird nach dem Wärmetauscher 10 ausgeschieden. Das Gas hat dann eine Temperatur von etwa 70° K. Bei dieser Temperatur ist bereits ein großer Teil der Luft kondensiert. Die Flüssigkeit wird im Abtrenner 50 abgetrennt und der Druck des Gases preßt die Flüssigkeit in die Abfuhrleitung 70, worauf die Luft nach Erwärmung in der Wendel 72 durch das Verschlußglied 71 in die Umgebung abgeführt wird. Um zu verhüten, daß Gas aus dem Abtrenner 50 geblasen wird, ist ein Schwimmer 73 vorgesehen, der bei einem bestimmten Minimaipegel der Flüssigkeit das Glied 71 in der Abfuhrleitung verschließt. Nach dem Abtrennen der Flüssigkeit fließt das Gas zu einem der umschaltbaren Adsorber 51 oder 52, wo die Luftreste adsorbiert werden. Der Vorteil dabei ist, daß das den Adsorbern zufließende Gas stets eine gleiche Konzentration an Luft enthält, unabhängig von der Luftkonzentration in dem von den Behältern 31 stammenden Gas. Die Umschaltung der Adsorber 51 und 52 erfolgt periodisch. Der nicht wirksame Adsorber wird elektrisch erwärmt, so daß die adsorbierte Luft gelöst und durch eine Vakuumpumpe 75 aus der Anlage entfernt wird.Any carbonic acid present in the helium is separated off in the adsorber 53. Air present in helium is eliminated after the heat exchanger 10. The gas then has a temperature of about 70 ° K. At A large part of the air has already condensed at this temperature. The liquid is separated off in the separator 50 and the pressure of the gas forces the liquid into the discharge line 70, whereupon the air after heating is discharged in the coil 72 through the closure member 71 into the environment. To prevent that Gas is blown from the separator 50, a float 73 is provided, which at a certain The minimum level of the liquid closes the member 71 in the discharge line. After separating the liquid the gas flows to one of the switchable adsorbers 51 or 52, where the air residues are adsorbed. The advantage here is that the gas flowing into the adsorbers always contains the same concentration of air, regardless of the air concentration in the gas originating from the containers 31. The switchover the adsorber 51 and 52 takes place periodically. The ineffective adsorber is heated electrically so that the adsorbed air is dissolved and removed from the system by a vacuum pump 75.

Nachdem an der Stelle 32 der zu kondensierende Heliumstrom und der von dem Kompressor stammende Heliumstrom zusammengefügt sind, wird der kombinierte Heliumstrom durch die Leitung 34 dem Ejektor 36 zugeführt, wo das Helium expandiert und somit kalter wird. Ein Teil des expandierten Heliums fließt durch die Leitung 39 und die erwähnten Wärmetauscher zum Einlaß des Kompressors zurück. Der andere Teil des im Ejektor expandierten Heliums wird in der Drosselvorrichtung 42 weiter expandiert, so daß es teilweise flüssig wird. Die Drosselvorrichtung 42 ist durch eine Leitung 43 mit einem Auffangbehälter 45 für das Kondensat verbunden. Der Ejektor 36 schließt sich mit seiner Saugseite 47 durch die Leitung 46 an den Dampfraum des Behälters 45 an. Im Behälter 45 wird auf diese Weise ein bestimmter niedriger Druck erzeugt, wodurch das in der Drosselvorrichtung 42 entstandene Kondensat ohne weiteres durch die Leitung 43 in den Behälter 45 eingeführt wird.After the helium flow to be condensed and that coming from the compressor at point 32 Helium streams are combined, the combined helium stream is passed through line 34 to the ejector 36, where the helium expands and thus becomes colder. Part of the expanded helium flows through the line 39 and the mentioned heat exchangers back to the inlet of the compressor. The other part of the im Ejector expanded helium is expanded further in the throttle device 42, so that it is partially liquid will. The throttle device 42 is through a line 43 with a collecting container 45 for the condensate connected. The ejector 36 closes with its suction side 47 through the line 46 to the steam space of the container 45. In this way, a certain low pressure is generated in the container 45, as a result of which the condensate formed in the throttle device 42 easily through the line 43 into the container 45 is introduced.

Die Leitung 43 ragt mit dem dem Behälter 45 zugewandten Ende 80 aus der Leitung 46 hervor. Die Leitung 46 hat ein Endstück 81 mit Öffnungen 82. Über dieses Endstück 81 kann ein Rohr 83 in axialer Richtung bewegt werden. Das Rohr 83 hat an einem Ende eine Klappe 84, welche die Leitung 43 abschließen kann. Gegenüber den Öffnungen 82 im Endstück 81 befindet sich ein ringförmiges, im Querschnitt U-förmiges Element 85. Die Ausnehmung dieses Elementes nimmt mit Spiel Nocken 86 auf, die mit dem Rohr 83 fest verbunden sind. Das Rohr 83 ha' weiter einen Kranz von öffnungen 87, die derart angeordnet sind, daß wenn die Klappe 84 die Leitung 43 abschließt, diese gerade durch das Endstück 81 geschlossen sind, während sie offen sind, wenn die Klappe 84 die Leitung 43 freigibt, in welchem Falle die Öffnungen 87 gemeinsam mit den öffnungen 82 im Endstück 81 die Verbindung zwischen den Dampfraum und der Leitung 46 herstellen. Zwischen der Klappe 84 und dem Element 85 befindet sich eine Druckfeder 88. Das andere Ende des Rohres 83 ist mit der bewegbaren Seite eines Balgens 90, 91 verbunden. Der Raum 95 zwischen den Balgen kann durch eine Leitung 9Γ mit einem Dreiwegverschluß 93 mit der Saugseite 40 des Kompressors 1 oder mit der Umgebung in Verbindung gebracht werden. Wenn im Raum 95 zwischen den Balgen 90, 91 der atmosphärische Druck vorherrscht, wird das Rohr 83 durch die Druckfeder 97 aufwärts gedrückt, so daß die Klappe 84 die Leitung 43 absperrt und die öffnungen 82 durch das Element 85 geschlossen werden. Dann kann der Auffangbehälter durch einen anderen Behälter ersetzt werden. Wird durch den Verschluß 93 die Saugseite 40 mit dem Raum 95 verbunden, so wird der Druck in diesem Raum höher als der atmosphärische Druck, wodurch das Rohr 83 nach unten verschoben wird, wodurch sowohl die Leitung 43 als auch die Leitung 46 mit dem Behälter 45 in Verbindung treten.The line 43 protrudes from the line 46 with the end 80 facing the container 45. The administration 46 has an end piece 81 with openings 82. Via this end piece 81, a tube 83 can be inserted in the axial direction be moved. The tube 83 has a flap 84 at one end, which closes the line 43 can. Opposite the openings 82 in the end piece 81 there is an annular one which is U-shaped in cross section Element 85. The recess of this element accommodates cams 86 which are firmly connected to the tube 83 with play are. The tube 83 has a further ring of openings 87 which are arranged in such a way that when the Flap 84 closes the line 43, these are just closed by the end piece 81, while they are open are when the flap 84 releases the line 43, in which case the openings 87 together with the Openings 82 in the end piece 81 establish the connection between the steam space and the line 46. Between the flap 84 and the element 85 is a compression spring 88. The other end of the tube 83 is connected to the movable side of a bellows 90, 91. The space 95 between the bellows can through a line 9Γ with a three-way closure 93 with the suction side 40 of the compressor 1 or with the environment be associated. If in space 95 between the bellows 90, 91 the atmospheric Pressure prevails, the tube 83 is urged upwards by the compression spring 97, so that the flap 84 the line 43 closes off and the openings 82 are closed by the element 85. Then the collecting container can be replaced by another container. Is through the closure 93 the suction side 40 with connected to the space 95, the pressure in this space becomes higher than the atmospheric pressure, whereby the tube 83 is moved downward, whereby both the line 43 and the line 46 with the Contact container 45.

Auf diese Weise wird eine Anlage erhalten, bei der die Gefahr einer Verschmutzung der Expansionsvorrichtungen (Ejektor 36, Drosselvorrichtung 42) gering ist, so daß die Anlage während langer Zeit kontinuierlich betrieben werden kann. Der kontinuiierliche Betrieb der Anlage ist auch darauf zurückzuführen, daß die Adsorber 51 und 52 umschaltbar sind, so daß dieIn this way a system is obtained in which there is a risk of contamination of the expansion devices (Ejector 36, throttle device 42) is small, so that the system is continuous for a long time can be operated. The continuous operation of the plant is also due to the fact that the adsorbers 51 and 52 are switchable, so that the

abgelagerten Verunreinigungen im Betrieb aus der Anlage abgeführt werden können. Die Kaltgas-Kühlmaschinen 8 und 14 haben einen günstigen Wirkungsgrad, da der komprimierte Gasstrom zunächst längs der beiden Expansionsräume mit höherer Temperatur und dann längs der beiden Expansionsräume mit niedriger Temperatur geführt wird.deposited impurities can be removed from the system during operation. The cold gas cooling machines 8 and 14 have a favorable efficiency, since the compressed gas flow initially along the two Expansion spaces with a higher temperature and then along the two expansion spaces with a lower temperature Temperature is performed.

Um Kälteverluste zu beschränken, sind die Wärmetauscher und die Expansionsvorrichtungen mit den Verbindungsleitungen in einem Behälter 60 untergebracht, der eine doppelte Wand besitzt. Zwischen den Wänden 61 und 62 herrscht ein Vakuum. Die Innenwand 61 weist ähnlich wie die Wärmetauscher 4,10,16, 21 und 26 eine nach unten abnehmende Temperatur auf. Oben hat die Wand 61 eine Temperatur, welche nahezu der Umgebungstemperatur entspricht, während ganz unten die Temperatur der Wand 61 nahezu gleich der Temperatur des expandierten Heliums, also etwa 4° K ist. Die Außenwand 62 hingegen ist auf Zimmertemperatur. Wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, tritt im unteren Teil des Behälters 60 ein verhältnismäßig großer Kälteverlust infolge Strahlung auf. Um diesen Kälteverlust möglichst zu vermeiden, sind im Vakuumbereich zwischen den Wänden 61 und 62 Strahlungsschirme 63 und 64 aus gut wärmeleitendem Material angeordnet. Diese Strahlungsschirme 63 und 64 erstrecken sich von einem höheren Temperaturpegel her um den Teil der Innenwand 61 mit niedrigerer Temperatur. Der Strahlungsschirm 63 ist oben bei höherer Temperatur durch eine wärmeleitende Verbindung 65 mit der Leitung 9 in thermischer Berührung, durch welche das von dem Wärmetauscher 6 stammende Hochdruckhelium fließt. Die Verbindung 65 wird somit praktisch die gleiche Temperatur annehmen wie das die Leitung 9 durchfließende Helium. Auch der Strahlungsschirm 63 wird in der Temperatur nicht sehr von dieser verschieden sein. Der Strahlungsschirm 64 ist oben über die Verbindung 66 mit der Ein- laßseite des Wärmetauschers 21 in thermischer Berührung, so daß der Strahlungsschirm 64 nahezu die gleiche Temperatur annimmt wie das Helium am Eingang des Wärmetauschers 21. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Teil der Innenwand 61 mit sehr niedriger Temperatur gegenüber einer Wand mit niedrigerer Temperatur als die Außenwand 62 liegt, so daß der Strahlungsverlust dieses Teils der Wand verringert wird. Zwar werden die Strahlungsschirme 64 und 63 eine Menge Wärme durch Strahlung von der Außenwand 62 empfangen, aber diese eingestrahlte Wärme wird bei einem höheren Temperaturpegel aufgefangen und bei diesem höheren Temperaturpegel kann Kälte mit einem höheren Wirkungsgrad geliefert werden, so daß die Dissipation der eingestrahlten Wärme mit geringerem Aufwand durchgeführt werden kann.In order to limit cold losses, the heat exchangers and the expansion devices are equipped with the Connecting lines housed in a container 60 which has a double wall. Between Walls 61 and 62 there is a vacuum. The inner wall 61 has similar to the heat exchangers 4,10,16, 21 and 26 a downwardly decreasing temperature. At the top, the wall 61 has a temperature, which corresponds almost to the ambient temperature, while at the very bottom the temperature of the wall 61 is almost the same the temperature of the expanded helium, i.e. about 4 ° K. The outer wall 62, however, is at room temperature. If no special precautions are taken, the lower part of the container 60 occurs a relatively large loss of cold due to radiation. To avoid this loss of cold as much as possible, are in the vacuum area between the walls 61 and 62 radiation shields 63 and 64 of good heat conducting Material arranged. These radiation shields 63 and 64 extend from a higher temperature level around the part of the inner wall 61 with lower temperature. The radiation shield 63 is at the top at a higher temperature through a thermally conductive connection 65 with the line 9 in thermal contact, through which the high pressure helium coming from the heat exchanger 6 flows. The connection 65 will thus assume practically the same temperature as the helium flowing through the line 9. The radiation shield 63 will also not be very different from this in terms of temperature. The radiation shield 64 is above the connection 66 with the inlet let side of the heat exchanger 21 in thermal contact, so that the radiation shield 64 is almost the same Assumes temperature like the helium at the inlet of the heat exchanger 21. In this way it is achieved that the part of the inner wall 61 with a very low temperature compared to a wall with a lower temperature than the outer wall 62, so that the radiation loss of that part of the wall is reduced. The radiation shields 64 and 63 get a lot of heat from radiation from the outer wall 62 received, but this radiated heat is captured at a higher temperature level and at At this higher temperature level, refrigeration can be supplied with a higher degree of efficiency, so that the dissipation of the radiated heat can be carried out with less effort.

Aus dem gleichen Grund ist um die Leitungen 43 und 46 noch ein Strahlungsschirm 67 angeordnet, der auch aus gut wärmeleitendem Material hergestellt und mit der Verbindung 65 in thermischer Berührung ist.For the same reason, a radiation shield 67 is arranged around the lines 43 and 46, as well made of a material that conducts heat well and is in thermal contact with the connection 65.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Patent claims:

1. System for liquefying a gas that condenses at a very low temperature, such as helium or hydrogen, received in a first conduit forming a gas circulation system Compressor, the high pressure output of which extends over several cooling devices and several Heat exchangers in which the gas is cooled below the corresponding inversion temperature is connected to the inlet of at least one expansion device with a collecting container for condensed gas, the vapor space of which is connected to the suction side via the heat exchanger of the compressor is in communication, which plant further a second line for the supply of gas to be condensed which at one end to a source of non-prepurified gas and is connected at the other end to the first line, the second line at least contains a device for removing contaminants from the gas, characterized in that that the second line (30) leads over the heat exchangers (4, 10, 16, 21, 26) and opens into the first line (33) immediately before the expansion device (36).

2. Plant according to claim 1, characterized in that the expansion device is known per se Way consists of an ejector (36), the suction side (47) of which with the vapor space of the collecting container (45) is connected and its discharge line (37) on the one hand via the heat exchanger (26, 21, 16, 10, 4) to the suction side (40) of the compressor (1) and on the other hand via a throttle device (42) is connected to the collecting container (45).

3. Plant according to claim 2, characterized in that the in a vacuum-insulated container (60) arranged throttle device (42) via a line (43) to the outside of the vacuum-insulated Container (60) arranged collecting container (45) in

. Is connected, the vapor space of which is connected by a further line (46) surrounding the line (43) with the suction side (47) of the ejector (36) also arranged in the vacuum-insulated container (60) in Connection.

4. Plant according to claim 3, characterized in that the collecting container (45) facing The end of the line (43) protrudes from the further line (46), and the end of the further line (46) an end piece (81) provided with openings (82) carries, via which openings (82) the further line (46) opens into the collecting container (45), wherein the two lines (43; 46) surrounding tube (83) is axially movable, which tube (83) at one end with a flap (84) is provided for blocking the line (43), and opposite the openings (82) in the end piece (81) annular, in cross-section U-shaped element (85) is arranged, which block the openings (82) can, and between the flap (84) and the annular element (85) there is a compression spring (88) and the tube (83) is provided with cams (86) which are received with axial play in the U-shaped recess of the annular element (85) are, and which tube (83) has openings (87) which are arranged to pass through the end piece (81) are blocked when the pipe (83) assumes the position in which the flap (84) the line (43) locks while they are released, when the flap (84) releases the line (43), and the other end of the tube (83) with the movable one Side of a outside of the collecting container (45) lying bellows (90, 91) is connected, the interior of which (95) via a line (91 ') and a three-way closure (93) to the suction side (40) of the Compressor (1) or can be connected to the atmosphere.